DE19824199C1 - Integrated logarithmic amplifier circuit with temperature compensation, e.g. for audio apparatus - Google Patents

Integrated logarithmic amplifier circuit with temperature compensation, e.g. for audio apparatus

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Abstract

The amplifier has an input current path (15) and a reference current path (59) containing respective circuit components (19,35), the amplifier output signal (Ulog) provided by a difference amplifier for amplifying the difference voltage between the circuit component input nodes (17,29). The temperature compensation is provided by 2 constant current paths (59,63) and a second difference amplifier, providing an error signal used as a control signal for a variable voltage divider associated with both amplifiers.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte, temperaturkompensierte Ver­ stärkerschaltung, die aus einem Eingangssignal mit Hilfe eines eine vorbestimmte Kennlinie aufweisenden ersten Bauelements ein der Kenn­ linie entsprechendes Ausgangssignal bildet.The invention relates to an integrated, temperature-compensated Ver amplifier circuit which consists of an input signal with the aid of a predetermined characteristic curve having the first component one of the characteristic line corresponding output signal forms.

Im folgenden wird speziell Bezug genommen auf einen logarithmischen Verstärker, wenngleich die Erfindung grundsätzlich anwendbar ist auf alle Verstärkerschaltungen, bei denen die das Verhältnis zweier Größen bestimmende Kennlinie eines Bauelements dazu benutzt wird, aus einem Eingangssignal ein Ausgangssignal zu bilden, welches von der Kennlinie abhängt.The following refers specifically to a logarithmic one Amplifier, although the invention is basically applicable to all amplifier circuits in which the ratio of two quantities determining characteristic of a component is used from a Input signal to form an output signal, which of the characteristic depends.

Ein logarithmischer Verstärker wird auf verschiedenen Gebieten der Technik eingesetzt, unter anderem in Verbindung mit Lautstärkereglern von Audiogeräten. In solchen Geräten dient ein logarithmischer Ver­ stärker dazu, den Verstellhub an das subjektive Lautstärkeempfinden des menschlichen Ohrs anzupassen.A logarithmic amplifier is used in different areas of the Technology used, among other things in connection with volume controls of audio devices. A logarithmic ver serves in such devices more to adjust the adjustment stroke to the subjective feeling of volume human ear.

Für logarithmische Verstärker werden im allgemeinen Dioden oder Bipolartransistoren verwendet, denn eine Diode hat (ebenso wie ein als Diode geschalteter Bipolartransistor) eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die einer Exponentialfunktion entspricht, d. h., der Diodenstrom ändert sich bei linear ansteigender Diodenspannung etwa exponentiell. Bei eingeprägtem Strom ergibt sich also eine Diodenspannung, die etwa einer Logarithmusfunktion, d. h. der Umkehrfunktion einer Exponential­ funktion entspricht.For log amplifiers, diodes or Bipolar transistors are used because a diode (as well as a Diode-switched bipolar transistor) a current-voltage characteristic, which corresponds to an exponential function, d. that is, the diode current changes exponentially when the diode voltage increases linearly. At impressed current results in a diode voltage, which is about a logarithmic function, d. H. the inverse function of an exponential function corresponds.

Üblicherweise wird in einem logarithmischen Verstärker, der als inte­ grierte Schaltung (IC) ausgebildet ist, ein Eingangsstrom in einen Ein­ gangsstromkreis eingespeist, in dem sich eine Diode (oder ein Tran­ sistor) befindet. Usually in a logarithmic amplifier, which as inte ized circuit (IC) is formed, an input current into an the input circuit, in which a diode (or a Tran sistor).  

Parallel zu diesem Eingangsstromkreis ist ein Referenzstromkreis ge­ schaltet, in dem sich eine Konstantstromquelle und ebenfalls eine Diode (bzw. ein Transistor) befinden, wobei die beiden Bauelemente in den beiden Stromzweigen möglichst identische Kennwerte aufweisen, ins­ besondere ein definiertes Verhältnis der aktiven Bauelementflächen. Zwischen den jeweiligen Eingangsknoten (z. B. Anoden) der Dioden ergibt sich eine vom Stromdichteverhältnis herrührende Differenz­ spannung. Diese Differenzspannung wird z. B. mit einem Differenzver­ stärker verstärkt, um das logarithmische Ausgangssignal zu gewinnen.A reference circuit is connected in parallel with this input circuit switches in which there is a constant current source and also a diode (or a transistor), the two components in the have the same possible characteristic values of both current branches, ins especially a defined ratio of the active component areas. Between the respective input nodes (e.g. anodes) of the diodes there is a difference resulting from the current density ratio tension. This differential voltage is z. B. with a difference ver amplified to get the logarithmic output signal.

Ein Problem bei solchen Verstärkern ist die Abhängigkeit des Ausgangs­ signals von der Temperatur in dem IC-Chip. Abhängig von der Chip­ temperatur erhält man für einen gegebenen Eingangsstrom unterschied­ lich große Ausgangssignale.A problem with such amplifiers is the dependency of the output signals from the temperature in the IC chip. Depending on the chip temperature is obtained for a given input current difference Lich large output signals.

Es sind verschiedene Temperaturkompensations-Maßnahmen bekannt. Mit Hilfe eines bezüglich des Chips externen Bauelements, z. B. einem einen definierten Temperaturkoeffizienten aufweisenden ohmschen Widerstand wird ein temperaturabhängiges Signal gewonnen, welches durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen so verarbeitet wird, daß das Ausgangssignal des integrierten logarithmischen Verstärkers temperaturunabhängig ist.Various temperature compensation measures are known. With the help of a component external to the chip, e.g. B. one a ohmic having a defined temperature coefficient Resistance, a temperature-dependent signal is obtained, which is processed by suitable circuitry measures, that the output signal of the integrated logarithmic amplifier is independent of temperature.

Die Beschaltung eines Chips mit externen Bauelementen ist grundsätzlich unerwünscht, da solche zusätzlichen Bauelemente beträchtlichen Platz auf der Schaltungsplatine beanspruchen. Außerdem erhöht sich der Ferti­ gungsaufwand.The wiring of a chip with external components is fundamental undesirable because such additional components take up considerable space claim on the circuit board. The ferti also increases effort.

Statt eines externen Widerstands kann man auch von einem chip-internen Widerstand Gebrauch machen. Allerdings steht in den meisten integrier­ ten Bipolar-Schaltungen kein Bauelement zur Verfügung, welches mit einem geeigneten Temperaturkoeffizienten behaftet ist. Im Gegenteil: Bei der Auslegung von integrierten Schaltungen ist man bestrebt, etwaige Temperaturkoeffizienten möglichst gering zu halten. Um nur kleine Temperaturkoeffizienten zur Temperaturkompensation eines logarith­ mischen Verstärkers verwenden zu können, sind komplizierte Schaltun­ gen erforderlich.Instead of an external resistor, you can also use an internal chip Use resistance. However, most of them say integrier no bipolar circuits available that are compatible with has a suitable temperature coefficient. On the contrary: the design of integrated circuits is sought, any  To keep temperature coefficients as low as possible. To only small ones Temperature coefficient for temperature compensation of a logarith Mixing amplifiers can be complicated circuits gene required.

Bei sämtlichen bekannten Temperaturkompensationen für logarithmische Verstärker ist die Übereinstimmung zwischen dem Temperaturkoeffizien­ ten des Verstärkers selbst und dem zur Kompensation herangezogenen Temperaturkoeffizienten eines anderen Bauteils keineswegs ideal.With all known temperature compensations for logarithmic Amplifier is the correspondence between the temperature coefficients th of the amplifier itself and the one used for compensation The temperature coefficient of another component is by no means ideal.

Aus der JP-3-6906 A ist eine temperaturkompensierte Verstärkerschal­ tung für logarithmische Verstärkung bekannt. Als erstes Bauelement befindet sich eine Diode in dem Eingangsstromkreis, in dem dazu paral­ lelgeschalteten Referenzstromzweig befindet sich ebenfalls eine Diode. Das in den Eingangsstromkreis eingegebene Eingangssignal legt die von einer an den Referenzstromzweig angeschlossenen Konstantstromquelle gelieferte Stromstärke fest. Ein Differenzverstärker bildet aus den Span­ nungen an den Dioden ein Differenzsignal, welches für die Temperatur­ kompensation herangezogen wird. Die Temperaturkompensation ge­ schieht mit Hilfe eines Differenzverstärkers, dessen nicht-invertierendem Eingang das Differenzsignal der Diodenspannungen zugeführt wird, und dessen invertierender Eingang an eine veränderliche Spannungsquelle angeschlossen ist, deren Spannungswert von der Spannung an der Diode im Eingangsstromkreis abhängt.JP-3-6906 A is a temperature-compensated amplifier scarf known for logarithmic amplification. As the first component there is a diode in the input circuit, in which is parallel There is also a diode in the switched reference current branch. The input signal input to the input circuit sets that of a constant current source connected to the reference current branch delivered current strength. A differential amplifier forms from the chip on the diodes a difference signal, which is for the temperature compensation is used. The temperature compensation ge happens with the help of a differential amplifier, its non-inverting Input the differential signal of the diode voltages is supplied, and its inverting input to a variable voltage source is connected, whose voltage value depends on the voltage across the diode depends on the input circuit.

Aus der DD 215 222 ist eine logarithmisch arbeitende Strom-Spannungs- Wandlerschaltung bekannt, bei der zur Umsetzung des Eingangsstroms in den Ausgangsstrom im Rückkopplungszweig eines OP-Verstärkers ein nicht-lineares Bauelement angeordnet ist. Zur Differenzbildung und Temperaturkompensation sind an den Ausgang dieser Anordnung zwei ebenfalls nicht-lineare Bauelemente in zwei parallelen Zweigen mit jeweils einer zugehörigen Stromquelle angeordnet. Die beiden parallelen Zweige sind an den invertierenden bzw. den nicht-invertierenden Ein­ gang eines Ausgangs-Operationsverstärkers angeschlossen, wobei in dem einen Zweig ein lineares Dämpfungsglied liegt. Bei geeigneter Dimen­ sionierung der Bauelemente erfolgt eine temperaturabhängige Ver­ stärkung der an den nichtlinearen Bauelementen gebildeten, temperatur­ abhängigen Differenz-Spannung, also eine Temperaturkompensation.DD 215 222 is a logarithmic current-voltage Known converter circuit for converting the input current into the output current in the feedback branch of an OP amplifier non-linear component is arranged. For difference formation and Temperature compensation are two at the output of this arrangement also non-linear components in two parallel branches with each arranged an associated power source. The two in parallel Branches are at the inverting or the non-inverting on gang of an output operational amplifier connected, in which  a branch is a linear attenuator. With suitable dimensions The components are temperature-controlled Strengthening of the temperature formed on the non-linear components dependent differential voltage, i.e. temperature compensation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der unter Verzicht auf externe Bauelemente mit vergleichsweise einfachen schaltungstechnischen Mitteln eine gute Kompensation erreicht wird.The invention has for its object an amplifier circuit Specify the type mentioned above, in the absence of external Components with comparatively simple circuitry means good compensation is achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer integrierten Verstärkerschaltung der oben genannten Art, die folgende Merkmale aufweist:
This problem is solved with an integrated amplifier circuit of the type mentioned above, which has the following features:

  • a) parallel zu einem das erste Bauelement enthaltenden Eingangsstrom­ zweig ist ein ebenfalls ein solches, zweites Bauelement enthaltender Referenzstromzweig geschaltet, der einen konstanten Strom zuführt;a) parallel to an input current containing the first component branch is one that also contains such a second component Reference current branch switched, which supplies a constant current;
  • b) ein erster Differenzverstärker verstärkt eine aus der ersten Differenzspannung zwischen den Eingangsknoten der beiden Bau­ elemente abgeleiteten Wert, um das Ausgangssignal des Verstärkers zu bilden;b) a first differential amplifier amplifies one from the first Differential voltage between the input nodes of the two construction elements derived value to the output signal of the amplifier to build;
  • c) zur Temperaturkompensation sind zwei jeweils einen konstanten Strom führende Stromzweige mit je einem Bauelement mit identi­ scher Kennlinie wie das erste und das zweite Bauelement, und ein zweiter Differenzverstärker vorgesehen, der eine aus der zweiten Differenzspannung zwischen den Eingangsknoten der beiden Bauele­ mente in den beiden Stromzweigen abgeleiteten Wert verstärkt, um ein Fehlersignal zu bilden; c) for temperature compensation, two are constant Current-carrying branches with one component each with identi characteristic like the first and the second component, and a second differential amplifier is provided, one of the second Differential voltage between the input nodes of the two components elements in the two current branches amplified to form an error signal;  
  • d) für die erste und die zweite Differenzspannung ist je ein steuerbarer Spannungsteiler mit Teilspannungsabgriff vorgesehen, dem als Steuersignal das Fehlersignal zugeführt wird, undd) for the first and the second differential voltage is a controllable one Voltage divider provided with partial voltage tap, the as Control signal, the error signal is supplied, and
  • e) der erste und der zweite Differenzverstärker sind an den Teil­ spannungsabgriff des zugehörigen steuerbaren Spannungsteilers angeschlossen.e) the first and second differential amplifiers are on the part voltage tap of the associated controllable voltage divider connected.

Bei der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung sind also zwei Paare von die bestimmte Kennlinie aufweisenden Bauelementen vorgesehen, ein Paar ist dem eigentlichen Verstärker zugeordnet, der das Ausgangssignal liefert, das andere Paar von Bauelementen dient zur Temperaturkom­ pensation. Dieses zur Temperaturkompensation dienende Paar von Bau­ elementen, die jeweils von einem definierten konstanten Strom durch­ flossen werden, liefern ebenfalls eine Spannungsdifferenz, die durch den steuerbaren Spannungsteiler geteilt wird. Der zweite Differenzverstärker vergleicht die Ausgangsspannung des ihm zugehörigen steuerbaren Spannungsteilers mit einer temperaturunabhängigen Referenzspannung, so daß das Teilungsverhältnis dieses Spannungsteilers ständig so geregelt wird, daß die temperaturabhängige Differenzspannung an dem gesamten steuerbaren Spannungsteiler eine temperaturunabhängige Ausgangs­ spannung an den Teilspannungsabgriff liefert.In the amplifier circuit according to the invention there are two pairs of provided components having the specific characteristic Pair is assigned to the actual amplifier, which is the output signal supplies, the other pair of components is used for Temperaturkom pensation. This pair of construction for temperature compensation elements, each by a defined constant current through flow, also provide a voltage difference caused by the controllable voltage divider is divided. The second differential amplifier compares the output voltage of its controllable one Voltage divider with a temperature-independent reference voltage, so that the division ratio of this voltage divider is constantly regulated is that the temperature-dependent differential voltage across the entire controllable voltage divider a temperature independent output supplies voltage to the partial voltage tap.

Da das von dem zweiten Differenzverstärker gelieferte Fehlersignal sowohl den steuerbaren Spannungsteiler in dem zur Temperaturkompen­ sation dienenden Schaltungsteil als auch den steuerbaren Spannungsteiler im eigentlichen Verstärkerteil einstellt, ist die Spannung an dem Teil­ spannungsabgriff im Verstärkerteil selbst temperaturunabhängig, und damit ist das von dem ersten Differenzverstärker gebildete Ausgangs­ signal temperaturunabhängig.Since the error signal supplied by the second differential amplifier both the controllable voltage divider in that for temperature compensation tion serving circuit part as well as the controllable voltage divider in the actual amplifier part is the voltage on the part voltage tapping in the amplifier section itself, independent of temperature, and this is the output formed by the first differential amplifier signal independent of temperature.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist relativ einfach aufgebaut und enthält wenige Schaltungskomponenten. The circuit according to the invention is of relatively simple construction and contains few circuit components.  

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bauelemente Dioden oder Bipolartransistoren, d. h. die Verstärkerschaltung erhält ein logarith­ misches Verhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der steuerbare Spannungsteiler in jedem der beiden Spannungsteiler durch einen festen Ohmschen Widerstand und einen MOSFET gebildet, dessen Gate das Fehlersignal zugeführt wird, und dessen Drain-Source- Strecke einen veränderlichen Widerstand darstellt, der von dem am Gate liegenden Fehlersignal abhängt.In a preferred embodiment, the components are diodes or bipolar transistors, e.g. H. the amplifier circuit receives a logarithm mixed behavior. In a preferred embodiment of the invention becomes the controllable voltage divider in each of the two voltage dividers formed by a fixed ohmic resistor and a MOSFET, the gate of which the error signal is supplied, and the drain-source Distance represents a variable resistance that of that at the gate depends on the lying error signal.

In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erste und der zweite Differenzverstärker jeweils an die beiden Anschlüsse des veränderlichen Widerstands angeschlossen sind, wobei in dem Eingangs­ zweig des zweiten Differenzverstärkers eine temperaturunabhängige Konstantspannungsquelle liegt. Hierdurch wird in dem zur Temperatur­ kompensation dienenden Schaltungsteil von dem zweiten Differenzver­ stärker die Ausgangsspannung des zugehörigen Spannungsteilers mit der temperaturunabhängigen Konstantspannung verglichen. Erhöht sich die Spannung am Spannungsteiler, also auch am veränderlichen Widerstand, so liefert der zweite Differenzverstärker ein entsprechend höheres Aus­ gangssignal, wodurch der veränderliche Widerstand etwas gesenkt wird, um die z. B. auf eine Temperaturerhöhung zurückgehende erhöhte Span­ nung an dem veränderlichen Widerstand wieder auszugleichen. Der gleiche Vorgang findet bei dem veränderlichen Widerstand des Span­ nungsteilers im eigentlichen Verstärkerteil der Schaltung statt, so daß das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers temperaturunab­ hängig ist.In a special embodiment it is provided that the first and the second differential amplifier to the two connections of the variable resistance are connected, being in the input branch of the second differential amplifier is a temperature-independent Constant voltage source is. This turns the temperature compensation serving circuit part of the second Differenzver stronger the output voltage of the associated voltage divider with the temperature-independent constant voltage compared. The increases Voltage at the voltage divider, also at the variable resistance, so the second differential amplifier delivers a correspondingly higher off output signal, which reduces the variable resistance somewhat, around the z. B. increased chip due to an increase in temperature to compensate for the variable resistance. Of the the same process takes place with the changing resistance of the chip voltage divider in the actual amplifier part of the circuit instead, so that the output signal of the first differential amplifier is temperature independent is pending.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß sie mit sehr wenig Bauteilen auskommt. Man kann den eigentlichen Verstärker­ teil mit Eingangsstromkreis und Referenzstromkreis einerseits und den Schaltungsteil für die Temperaturkompensation mit seinen beiden Strom­ kreisen andererseits jeweils separat ausbilden. In einer besonders bevor­ zugten Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings vorgesehen, daß einer der zwei für die Temperaturkompensation vorgesehenen Stromzweige identisch ist mit dem Referenzstromzweig des eigentlichen Verstärker­ teils. Bei dieser Schaltung sind also drei Stromzweige parallel geschaltet, wobei die Stromzweige Bauteile enthalten, deren Kennlinien identisch sind: Den Eingangsstromkreis, den Referenzstromkreis und einen weite­ ren Stromkreis, wobei der Eingangsstromkreis und der Referenzstom­ kreis ein Paar bilden, welches im folgenden auch als "Eingangspaar" bezeichnet wird, und der Referenzstromzweig und der weitere Strom­ zweig ein Paar bilden, welches im folgenden auch als "Referenzpaar" oder "Kompensationspaar" bezeichnet wird.The circuit according to the invention has the particular advantage that it with very few components. You can see the actual amplifier part with input circuit and reference circuit on the one hand and the Circuit part for temperature compensation with its two currents on the other hand, form circles separately. In a particularly before Preferred embodiment of the invention, however, provides that one of the two current branches provided for temperature compensation  is identical to the reference current branch of the actual amplifier part. With this circuit, three current branches are connected in parallel, the current branches contain components whose characteristics are identical are: the input circuit, the reference circuit and a wide one ren circuit, the input circuit and the reference current circle form a pair, which in the following also as "input pair" is referred to, and the reference current branch and the further current branch form a pair, which is also referred to below as a "reference pair" or "compensation pair".

Damit das Referenzpaar eine signifikante Differenzspannung zwischen den beiden Eingangsknoten der Bauelemente (Dioden) liefert, sieht die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform vor, daß das Bau­ element in einem der für die Temperaturkompensation vorgesehenen Stromzweige bei gleichem Strom (I1 = I2) eine größere definierte Bau­ elementfläche aufweist als das Bauelement in dem anderen dieser Strom­ zweige. Wenn in den beiden Stromzweigen des "Referenzpaares" gleich große Ströme fließen, bestimmt das Verhältnis der aktiven Bauele­ mentflächen dieser Zweige die Differenzspannung mit. Bei einem Fläch­ enverhältnis von bspw. 10 : 1 mit der größeren Fläche in dem nicht zum "Eingangspaar" gehörigen Bauelement erhält man eine relativ große Differenzspannung, die günstig für eine gute Temperaturkompensation ist. Maßgebend für die Bildung der Differenzspannung ist letztlich das Stromdichteverhältnis in den beiden Bauelementen des Referenzpaares. Die gleiche Wirkung kann bei gleichen Flächen (a2 = a3) auch durch ungleiche Ströme von bspw. 1 : 10 erreicht werden.So that the reference pair has a significant differential voltage between supplies the two input nodes of the components (diodes) Invention in a preferred embodiment that the construction element in one of the temperature compensation Current branches with the same current (I1 = I2) a larger defined construction has element area than the component in the other this current branches. If the same in the two current branches of the "reference pair" large currents flow determines the ratio of the active components ment areas of these branches with the differential voltage. With a surface ratio of, for example, 10: 1 with the larger area in which the "Input pair" belonging component you get a relatively large Differential voltage, which is favorable for good temperature compensation is. Ultimately, this is decisive for the formation of the differential voltage Current density ratio in the two components of the reference pair. The same effect can also be achieved with the same areas (a2 = a3) uneven currents of, for example, 1:10 can be achieved.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsskizze eines voll integrierten logarithmischen Verstärkers mit Temperaturkom­ pensation.In the following an embodiment of the invention based on the Drawing explained in more detail. The only figure shows a circuit diagram a fully integrated logarithmic amplifier with temperature comm pensation.

An einen Stromeingang 11 wird ein Eingangsstrom Iein gelegt, der von dem links in der Figur allgemein mit 10 bezeichneten Verstärkerteil 10 in eine Ausgangsspannung Ulog umgewandelt wird, die am Ausgang 13 abgenommen wird, und die von dem Eingangsstrom Iein entsprechend einer Logarithmusfunktion abhängt.An input current Iin is applied to a power input 11 down, which is converted by the designated generally left in the figure with 10 amplifier part 10 to an output voltage Ulog, which is taken at the output 13, and which depends on the input current Iin according to a logarithmic function.

Zunächst soll der Verstärkerteil 10 im einzelnen beschrieben werden, der durch einen Eingangsstromzweig 15 fließende Eingangsstrom Iein gelangt über einen Knoten 17 an die Anode einer Diode 19, deren Kathode auf Schaltungsmasse (GND) 21 liegt.First of all, the amplifier part 10 is to be described in detail, the input current Iein flowing through an input current branch 15 reaching via a node 17 to the anode of a diode 19 , the cathode of which lies on circuit ground (GND) 21 .

Parallel zu dem durch die Eingangsleitung 15 gebildeten Eingangsstrom­ kreis liegt ein Referenzstromkreis 59 zwischen einer Spannungsversor­ gung 37 und Schaltungsmasse (GND). Der Referenzstromzweig 59 enthält eine Konstantstromquelle 39 und eine Diode 35. An der Diode 35 fällt aufgrund des konstanten Stroms I1 eine lediglich temperatur­ abhängige Spannung ab. Die Spannung an der Diode 19 ändert sich mit sich änderndem Eingangsstrom Iein, und der Temperatur.Parallel to the input circuit formed by the input line 15 is a reference circuit 59 between a voltage supply 37 and circuit ground (GND). The reference current branch 59 contains a constant current source 39 and a diode 35 . Due to the constant current I1, a temperature-dependent voltage drops across the diode 35 . The voltage across diode 19 changes with changing input current Iein and temperature.

Die aktive Bauelementfläche a1 der Diode 19 ist genauso groß wie die Fläche a2 der Diode 35, so daß für den Fall, daß der Eingangsstrom Iein genauso groß ist wie der Strom I1, zwischen den beiden Anoden der Dioden 19 und 35 eine Differenzspannung ΔU1TC = 0 existiert. Bei von dem genannten Wert abweichenden Eingangsstrom Iein ergibt sich ein endlicher Wert für die Differenzspannung ΔU1TC. Der Index "TC" steht für "Temperaturcoeffizient" und ist als Hinweis darauf zu verste­ hen, daß die Differenzspannung temperaturabhängig ist.The active component area a1 of the diode 19 is as large as the area a2 of the diode 35 , so that in the event that the input current Iein is as large as the current I1, a difference voltage ΔU 1TC = between the two anodes of the diodes 19 and 35 0 exists. If the input current Iein deviates from the stated value, a finite value for the differential voltage ΔU 1TC results . The index "TC" stands for "temperature coefficient" and is to be understood as an indication that the differential voltage is temperature-dependent.

Die Differenzspannung ΔU1TC wird von einem Spannungsteiler geteilt, der einen festen ohmschen Widerstand 23 und einen veränderlichen ohmschen Widerstand 25 enthält, dessen Wert Roncontr. beträgt.The differential voltage ΔU 1TC is divided by a voltage divider which contains a fixed ohmic resistor 23 and a variable ohmic resistor 25 , the value of which Ron contr. is.

Bei dieser Ausführungsform ist der veränderliche Widerstand als MOSFET (MOS-Feldeffekttransistor) ausgebildet. Die Spannungsdiffe­ renz Ud1 zwischen Source und Drain des als MOSFET ausgebildeten veränderlichen Widerstands 25 wird von einem Differenzverstärker 31 verstärkt. Das Ausgangssignal 33 des Differenzverstärkers 31 gelangt als Ausgangssignal Ulog an den Ausgang 13.In this embodiment, the variable resistor is designed as a MOSFET (MOS field effect transistor). The voltage difference Ud1 between source and drain of the variable resistor 25 designed as a MOSFET is amplified by a differential amplifier 31 . The output signal 33 of the differential amplifier 31 arrives at the output 13 as the output signal Ulog.

Rechts in der Figur ist ein Kompensationsschaltungsteil 12 dargestellt.A compensation circuit part 12 is shown on the right in the figure.

Der Kompensationsschaltungsteil 12 besteht aus dem bereits erwähnten Referenzstromzweig 59 und einem weiteren, zu letzterem parallel geschalteten Stromzweig 63, der ebenso wie der Referenzstromzweig eine Konstantstromquelle 55 und eine Diode 41 enthält. In dem Strom­ zweig 63 fließt ein konstanter Strom I2. Die aktive Bauelementfläche a3 der Diode 41 ist zehnmal so groß wie die Fläche a2 der Diode 35.The compensation circuit part 12 consists of the reference current branch 59 already mentioned and a further current branch 63 connected in parallel with the latter, which, like the reference current branch, contains a constant current source 55 and a diode 41 . A constant current I2 flows in the current branch 63 . The active component area a3 of the diode 41 is ten times larger than the area a2 of the diode 35 .

Zweckmäßigerweise sind die Ströme I1 und I2 in den Stromzweigen 59 und 63 oder die Flächen a2 und a3 gleich groß. Normiert man die erwähnten Flächen a1, a2 und a3 auf a1, und normiert man die Ströme auf 11, so erhält man folgende Werte.The currents I1 and I2 in the current branches 59 and 63 or the areas a2 and a3 are expediently of the same size. If you normalize the mentioned areas a1, a2 and a3 to a1, and if you normalize the currents to 11, you get the following values.

  • 1. a1 = a2 = 1; a3 = 101. a1 = a2 = 1; a3 = 10
  • 2. I1 = I2 = 1; und2. I1 = I2 = 1; and
  • 3. I1/a2 : I2/a3 = 103. I1 / a2: I2 / a3 = 10

Die Fläche a3 ist deshalb um einen definierten Faktor größer als a2, weil man dadurch in den genannten Stromwerten eine vergleichsweise hohe Differenzspannung ΔU2TC an dem "Referenzpaar" erhält.The area a3 is larger than a2 by a defined factor, because this results in a comparatively high differential voltage ΔU 2TC at the "reference pair " in the current values mentioned .

Alternativ möglich ist es, die Flächen gleich groß und die Ströme unter­ schiedlich groß zu wählen, dabei erhält man folgende Werte:
Alternatively, it is possible to choose the areas of the same size and the currents to be different, the following values are obtained:

  • 1. a1 = a2 = a3 = 11. a1 = a2 = a3 = 1
  • 2. I1 = 10 : I2 = 12. I1 = 10: I2 = 1
  • 3. I1/a2 : I2/a3 = 103. I1 / a2: I2 / a3 = 10

Die Differenzspannung ΔU2TC wird von einem Spannungsteiler geteilt, der einen festen Widerstand 43 und einen veränderlichen steuerbaren Widerstand 45 enthält, dessen Wert mit Roncontr bezeichnet ist.. The differential voltage ΔU 2TC is divided by a voltage divider which contains a fixed resistor 43 and a variable controllable resistor 45 , the value of which is denoted by Ron contr ..

Der Spannungsteiler in dem "Eingangspaar" ist identisch ausgebildet wie der Spannungsteiler in dem "Referenzpaar".The voltage divider in the "input pair" is identical in design the voltage divider in the "reference pair".

Weiterhin befinden sich in dem Kompensationsschaltungsteil 12 ein Differenzverstärker 47, der die Ausgangsspannung des Spannungsteilers mit einer temperaturunabhängigen konstanten Referenzspannung URef vergleicht, die auf dem Chip in Form einer Konstantspannungsquelle 65 verfügbar ist. Der Differenzverstärker 47 liefert an seinem Ausgang ein Fehlersignal F, welches mit jedem Gate der als MOSFET ausgebildeten Widerstände über einen Knoten 53 verbunden ist.Furthermore, there is a differential amplifier 47 in the compensation circuit part 12 , which compares the output voltage of the voltage divider with a temperature-independent constant reference voltage U Ref , which is available on the chip in the form of a constant voltage source 65 . The differential amplifier 47 supplies at its output an error signal F which is connected to each gate of the resistors designed as MOSFET via a node 53 .

Das "Referenzpaar" rechts in der Schaltung arbeitet genauso wie das "Eingangspaar" links in der Schaltungsskizze. Steigt die Temperatur der gesamten Schaltung an, so würde ohne Kompensation die Differenzspan­ nung ΔU1TC zu einer erhöhten Spannung an dem veränderlichen Wider­ stand 25 führen, mithin zu einem verfälschten Ausgangssignal. Im fol­ genden wird die durch die erfindungsgemäße Schaltung erreichte Tempe­ raturkompensation erläutert.The "reference pair" on the right in the circuit works exactly like the "input pair" on the left in the circuit diagram. If the temperature of the entire circuit rises, the differential voltage ΔU 1TC would lead to an increased voltage at the variable resistor 25 without compensation, and thus to a falsified output signal, without compensation. In the fol lowing, the temperature compensation achieved by the circuit according to the invention is explained.

Im Falle einer Temperaturerhöhung ändert sich nicht nur der Betrieb des eigentlichen Verstärkerteils 10, wie oben erläutert wurde, sondern glei­ chermaßen auch der Betrieb des Kompensationsteils 12. Angenommen, durch eine Temperaturerhöhung steige die zweite Differenzspannung ΔU2TC an. Zunächst hätten der feste Widerstand 43 und der veränderliche Widerstand 45 des Spannungsteilers die Tendenz, beide eine höhere Spannung zu haben. Allerdings wird die erhöhte Spannung am Knoten 49 von dem Differenzverstärker 47 zu einem erhöhten Fehlersignal F verarbeitet, welches über den Knoten 53 an das Gate des als MOSFET ausgebildeten veränderlichen Widerstands 45 gelangt. Durch Erhöhung der Gatespannung wird der Feldeffekttransistor etwas mehr geöffnet, der Widerstand zwischen Source und Drain sinkt, und die Spannung nimmt ab (bei gleichzeitiger Erhöhung der Spannung an dem festen Widerstand 43). In the event of a temperature increase, not only the operation of the actual amplifier part 10 changes , as explained above, but also the operation of the compensation part 12 . Assume that the second differential voltage ΔU 2TC increases due to an increase in temperature. First, the fixed resistor 43 and the variable resistor 45 of the voltage divider would tend to both have a higher voltage. However, the increased voltage at node 49 is processed by differential amplifier 47 to produce an increased error signal F which, via node 53 , reaches the gate of variable resistor 45 designed as a MOSFET. By increasing the gate voltage, the field effect transistor is opened a little more, the resistance between source and drain decreases, and the voltage decreases (while the voltage across the fixed resistor 43 is increased at the same time).

Die Spannungsdifferenz Ud2 an dem veränderlichen Widerstand 45 ist also temperaturunabhängig. Genauso temperaturunabhängig ist damit die Spannungsdifferenz Ud1 an dem veränderlichen Widerstand 25, da dessen Gate ebenfalls das Fehlersignal F als Steuersignal empfängt. Weil die Spannung Ud1 temperaturunabhängig ist (mit anderen Worten: keinen Temperaturkoeffizienten aufweist), ist auch das von dem Diffe­ renzverstärker 31 gebildete Ausgangssignal auf der Leitung 33 und am Ausgang der Schaltung 13 temperaturunabhängig.The voltage difference Ud2 across the variable resistor 45 is therefore temperature-independent. The voltage difference Ud1 across the variable resistor 25 is therefore just as temperature-independent, since its gate also receives the error signal F as a control signal. Because the voltage Ud1 is temperature-independent (in other words: has no temperature coefficient), the output signal formed by the differential amplifier 31 on the line 33 and at the output of the circuit 13 is also temperature-independent.

In einer nicht ganz so günstigen, abgewandelten Ausführungsform könnte der hier für das "Eingangspaar" einerseits und das "Referenz­ paar" andererseits gemeinsam verwendete Stromzweig 59 auch separat für Eingangspaar und Referenzpaar ausgebildet werden.In a not so inexpensive, modified embodiment, the current branch 59 used here for the “input pair” on the one hand and the “reference pair” on the other hand could also be formed separately for the input pair and the reference pair.

Anstelle der Dioden 19, 35 und 41 könnten auch Transistoren verwendet werden. Grundsätzlich kann man anstelle der Dioden jedes Bauelement einsetzen, welches eine bestimmte Kennlinie hat, durch die die Verän­ derung des Ausgangssignals am Ausgang 13 in Abhängigkeit des Ein­ gangssignals am Eingang 11 festgelegt wird. Bei der oben erläuterten Schaltung wird zwar die Differenzspannung ΔU1TC (ebenso wie die zwei­ te Differenzspannung ΔU2TC) durch den Spannungsteiler vermindert, so daß der Differenzverstärker 31 ein vergleichsweise kleineres Eingangs­ signal erhält, allerdings ist dieses Eingangssignal temperaturunabhängig.Instead of the diodes 19 , 35 and 41 , transistors could also be used. Basically, instead of the diodes, each component can be used which has a certain characteristic curve by which the change in the output signal at the output 13 is determined as a function of the input signal at the input 11 . In the circuit explained above, the differential voltage ΔU 1TC (as well as the two th differential voltage ΔU 2TC ) is reduced by the voltage divider, so that the differential amplifier 31 receives a comparatively smaller input signal, but this input signal is temperature-independent.

Claims (7)

1. Integrierte, temperaturkompensierte Verstärkerschaltung, die aus einem Eingangssignal (Iein) mit Hilfe eines eine vorbestimmte Kennlinie aufweisenden ersten Bauelements (19) ein der Kennlinie entsprechendes Ausgangssignal (Ulog) bildet, enthaltend folgende Merkmale:
  • a) parallel zu einem das erste Bauelement enthaltenden Eingangsstrom­ zweig (15) ist ein ebenfalls ein solches, zweites Bauelement (35) enthaltender Referenzstromzweig (59) geschaltet, der einen kon­ stanten Strom (I1) zuführt;
  • b) ein erster Differenzverstärker (31) verstärkt einen aus der ersten Differenzspannung (ΔU1TC) zwischen den Eingangsknoten (17, 29) der beiden Bauelemente (19, 35) abgeleiteten Wert (Ud1), um das Ausgangssignal (Ulog) des Verstärkers (10) zu bilden;
  • c) zur Temperaturkompensation sind zwei jeweils einen konstanten Strom (I1, I2) führende Stromzweige (59, 63) mit je einem Bau­ element (35, 41) mit identischer Kennlinie wie das erste und das zweite Bauelement, und ein zweiter Differenzverstärker (47) vor­ gesehen, der einen aus der zweiten Differenzspannung (ΔU2TC) zwischen den Eingangsknoten (61, 57) der beiden Bauelemente (35, 41) in den beiden Stromzweigen (59, 63) abgeleiteten Wert (Ud2) verstärkt, um ein Fehlersignal (F) zu bilden;
  • d) für die erste und die zweite Differenzspannung ist je ein steuerbarer Spannungsteiler (23, 25; 43, 45) mit Teilspannungsabgriff (27/29; 49/51) vorgesehen, dem als Steuersignal das Fehlersignal (F) zugeführt wird, und
  • e) der erste und der zweite Differenzverstärker (31, 47) sind an den Teilspannungsabgriff des zugehörigen steuerbaren Spannungsteilers (27/29, 49/51) angeschlossen.
1. Integrated, temperature-compensated amplifier circuit which forms an output signal (Ulog) corresponding to the characteristic from an input signal (Iein) with the aid of a first component ( 19 ) having a predetermined characteristic, comprising the following features:
  • a) parallel to an input current branch containing the first component ( 15 ) is also such a second component ( 35 ) containing reference current branch ( 59 ) connected, which supplies a constant current (I1);
  • b) a first differential amplifier ( 31 ) amplifies a value (Ud1) derived from the first differential voltage (ΔU 1TC ) between the input nodes ( 17 , 29 ) of the two components ( 19 , 35 ) by the output signal (Ulog) of the amplifier ( 10 ) to build;
  • c) for temperature compensation are two current branches ( 59 , 63 ) each carrying a constant current (I1, I2), each with a component ( 35 , 41 ) with the same characteristic as the first and second component, and a second differential amplifier ( 47 ) seen before, which amplifies a value (Ud2) derived from the second differential voltage (ΔU 2TC ) between the input nodes ( 61 , 57 ) of the two components ( 35 , 41 ) in the two current branches ( 59 , 63 ) in order to generate an error signal (F ) to build;
  • d) for the first and the second differential voltage each a controllable voltage divider (23, 25; 43, 45) with partial voltage tap (27/29; 49/51) is provided, which is supplied as a control signal, the error signal (F), and
  • e) the first and the second differential amplifier (31, 47) are connected to the partial voltage tap of the associated controllable voltage divider (27/29, 49/51).
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein logarithmischer Verstärker (10) ist und die eine vorbestimmte Kennlinie aufweisenden Bauelemente (19, 35, 41) Dioden oder Bipolartransistoren sind.2. Amplifier circuit according to claim 1, characterized in that the amplifier is a logarithmic amplifier ( 10 ) and the components ( 19 , 35 , 41 ) having a predetermined characteristic curve are diodes or bipolar transistors. 3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Spannungsteiler als veränderlichen Widerstand (25, 45) einen MOSFET enthält, dessen Gate das Fehlersignal (F) empfängt.3. Amplifier circuit according to claim 1 or 2, characterized in that each voltage divider contains as variable resistor ( 25 , 45 ) a MOSFET whose gate receives the error signal (F). 4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jeder steuer­ bare Spannungsteiler aus mehreren MOSFETs gebildet ist, deren Gates das Fehlersignal (F) empfangen.4. amplifier circuit according to claim 1 or 2, wherein each tax Bare voltage divider is formed from several MOSFETs, the Gates receive the error signal (F). 5. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Differenzverstärker (31, 47) jeweils an die Teilspannungsabgriffe des steuerbaren Spannungsteilers (27/29, 49/51) angeschlossen sind, wobei in dem einen Eingangszweig des zweiten Differenzverstärkers (47) eine temperaturunabhängige Konstantspannungsquelle (65) liegt.5. An amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first and the second differential amplifier (31, 47) are each connected to the Teilspannungsabgriffe of the controllable voltage divider (27/29, 49/51), in which an input branch of the second differential amplifier ( 47 ) is a temperature-independent constant voltage source ( 65 ). 6. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der zwei für die Temperaturkompensation vorgesehenen Stromzweige (59, 63) identisch ist mit dem Referenz­ stromzweig (59).6. Amplifier circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that one of the two current branches ( 59 , 63 ) provided for the temperature compensation is identical to the reference current branch ( 59 ). 7. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (41) in einem der für die Temperaturkompensation vorgesehenen Stromkreise eine größere oder kleinere definierte Bauelementfläche (a3) aufweist als das Bauelement (35) in dem anderen dieser Stromkreise.7. Amplifier circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the component ( 41 ) in one of the circuits provided for temperature compensation has a larger or smaller defined component area (a3) than the component ( 35 ) in the other of these circuits.
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